基于近红外光谱无损检测的水果品质定量分析与预测

针对近红外光谱原理、检测技术及特点,利用近红外光谱检测漫反射技术在水果品质检测方法上的定量分析进行了深入系统研究.在光谱数据预处理上平滑和导数法最常见.建立模型以偏最小二乘法较常见.以遗传算法结合偏最小二乘法、小波分析结合偏最小二乘法等为代表的建模方法,其测量精度有所提高.模型优劣评价指标主要以相关系数(R)、校正集标准偏差(RMSEC)和预测集标准偏差(RMSEP)等参数决定.最后对相关研究进行展望.     

土壤养分的近红外漫反射光谱预测模型分析

针对土壤养分近红外漫反射光谱数据分析的预测问题,分别利用主成分回归和偏最小二乘回归的方法建立土壤样品的近红外漫反射光谱全氮含量的数学模型,比较模型的预测精度。研究结果表明,采用主成分回归法建模预测结果的均方根误差RMSEP为0.040;偏最小二乘回归法建模的RMSEP为0.034,通过模型验证得到的全氮含量预测值与实际值相关性分析得到主成分回归法决定系数R~2=0.873 1,偏最小二乘回归法R~2=0.903 5,表明偏最小二乘回归法所建模型预测精度优于主成分回归法。该研究为提高近红外光谱法土壤养分检测精度提供了依据。     

基于PCR和PLS的沙棘汁品种近红外光谱研究

建立可见-近红外漫反射光谱与沙棘汁品种之间的数学模型,以评价可见-近红外漫反射光谱技术快速检测沙棘汁品种。采用美国ASD公司的FieldSpec3光谱仪对三种不同品种的沙棘汁进行光谱分析,各获取30个样本的光谱数据,对原始光谱进行一阶微分和二阶微分预处理,并利用偏最小二乘法(PLS)数学校正方法对三种不同预处理的光谱数据建模。结果表明,采用二阶微分预处理数据,应用PLS方法建模较好,其校正模型相关系数为0.9992,均方根误差为0.0317;采用主成分回归(PCR)和偏最小二乘法(PLS),对沙棘汁的二阶微分数据进行分析比较,结果也表明,基于二阶微分数据,应用PLS方法建模较为理想,其预测集的相关系数为0.9988,所测预测样本的均方根误差为0.0392。近红外光谱可作为一种快速、有效的无损检测方法来识别沙棘汁的品种。     

近红外漫反射光谱法用于不同人参种子的鉴别

目的建立近红外漫反射光谱法鉴别不同种类的人参及西洋参种子。方法利用近红外光谱(NIRS)法对不同产地和种类的人参及西洋参种子样品进行聚类分析并建立了鉴别分析模型。结果聚类分析结果良好,所建立的鉴别分析模型能有效地判别人参及西洋参种子的类别。结论近红外光谱法能够实现人参及西洋参种子的快速无损分析,为区分不同种类的人参及西洋参种子提供了一个客观的评价方法。     

猕猴桃糖度傅里叶变换近红外光谱无损检测

研究傅里叶漫反射近红外光谱技术在猕猴桃糖度无损检测中的应用。在近红外区域(4 000~12 000cm-1)利用偏最小二乘法(PLS)建立猕猴桃糖度与近红外光谱(NIR)的定量分析数学模型,并对不同果园、不同贮藏期、不同质量的样品所建立的糖度预测模型进行对比分析。结果表明,近红外漫反射光谱与猕猴桃糖度含量之间呈显著的线性相关,模型决定系数(R2)可达到93.65%,预测标准差RMSEP(Root Mean SquareError of Prediction)可达0.656;而且随着建模样品量及成分含量梯度的增大,预测模型通用性提高,而准确性降低。因此,建立近红外定量分析模型时,样品组成和性质应该覆盖分析样品的组成和性质的整个变化范围,以更好地满足实际应用的需要。     

基于PLS算法的生物质秸秆元素分析NIRS快速检测

为探讨利用近红外光谱技术快速检测生物质秸秆中N、C、H、S和O元素的可行性,采集并制备水稻、小麦、油菜和玉米秸秆样本199个,采用近红外光谱(NIRS)分析技术,结合偏最小二乘(PLS)化学计量学算法,在7 400~5 550cm-1波段范围内,比较不同光谱预处理方法的定标效果,建立最优的生物质秸秆中N、C、H、S和O元素的定量分析模型,并用独立的验证集样本对模型进行验证。验证结果表明:所建立的N元素的定量分析模型可用于实际检测;O元素的定量分析模型可进行实际估测;采用近红外技术用于C元素定量分析是可行的,但模型需要进一步优化;H、S元素采用NIRS技术无法进行定量分析。     

近红外漫反射光谱法快速测定新鲜青贮饲料化学成分含量

探讨近红外漫反射光谱技术(NIRS)测定新鲜青贮饲料化学成分的可行性。在液氮(-196℃)冷冻下对119份具有代表性的青贮饲料样品进行粉碎处理,利用传统分析方法测得其化学成分含量,同时利用近红外光谱仪扫描得到其近红外光谱,采用改良偏最小二乘回归方法(MPLS)建立其近红外定量分析校正模型。结果表明:干物质(DM)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和粗灰分(CA)的相对分析误差RPD值(SD/SECV)均大于3,校正模型的外部验证决定系数R2v均大于0.85;粗蛋白(CP)、酸性洗涤木质素(ADL)和可溶性碳水化合物(WSC)的RPD值均大于2,其R2v分别为:0.82、0.65和0.71。近红外漫反射光谱法可以很好的测定新鲜青贮饲料中的DM、NDF、ADF和CA含量;CP含量测定效果较好,需要通过扩大样品CP含量变异范围进一步验证;可粗略估测ADL和WSC含量,测定精度有待于提高。     

基于近红外光谱技术的远安黄茶品质快速无损检测方法

应用近红外光谱(near infrared spectroscopy,NIRS)技术结合多种算法对远安黄茶品质开展快速无损评价.首先通过扫描获得远安黄茶90个样品的近红外光谱,再利用11种不同方法对光谱进行预处理,剔除部分噪声信息,然后应用反向区间偏最小二乘法(backward interval partial lea...     

基于近红外漫反射光谱的多品种桃可溶性固形物的无损检测

【目的】研究基于近红外漫反射光谱的多品种桃可溶性固形物含量的无损检测技术。【方法】在获得3个不同品种桃近红外漫反射光谱的基础上,采用多元散射校正(MSC)方法处理原始光谱,以SPXY算法划分样品集,分别建立了可溶性固形物含量的偏最小二乘回归(PLSR)、极限学习机(ELM)和最小二乘支持向量机(LSSVM)预测模型,并比较和评价了移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)和连续投影算法(SPA)优选有效特征波长对于简化模型运算量、改善模型预测性能的影响。【结果】虽然全光谱可以获得较好的识别效果,但是模型比较复杂;MWPLS与SPA优选的有效特征波长均能有效地减少建模变量并简化模型,但MWPLS在提高建模效率和改善模型预测精度方面有更明显的优势;PLSR、ELM与LSSVM模型都取得了较理想的预测结果,其中PLSR方法较适用于全光谱建模分析;MWPLS-ELM模型对样品集中桃可溶性固形物含量的预测性能最好,其校正相关系数、校正均方根误差、预测相关系数和预测均方根误差分别为0.991,0.397,0.983和0.497。【结论】近红外漫反射技术可用于多品种桃可溶性固形物含量的准确、无损检测,也为其他品种果品的内部品质指标快速、无损检测提供了技术借鉴。     

脐橙可溶性固形物的在线近红外光谱检测

【目的】应用近红外光谱漫反射技术在线检测脐橙内部的可溶性固形物含量(SSC)。【方法】以0.3m/s的速度、400W的光照强度获取脐橙(脐橙样品为97个,其中74个为校正集,23个样品为预测集)的漫反射光谱;对比不同光谱预处理方法(平滑、一阶微分、二阶微分等)对偏最小二乘回归(PLSR)所建预测模型性能的影响,建立PLSR、主成分回归(PCR)和多元线性回归(MLR)在线检测脐橙可溶性固形物含量的预测模型。【结果】在520~1 000nm光谱范围,卷积平滑(S-G)能有效提高光谱的信噪比,改善模型预测精度;基于PLSR所建立的预测模型较PCR和MLR更为理想,其预测相关系数(RP)为0.90,预测均方根误差(RMSEP)为0.61。【结论】利用在线近红外光谱技术检测脐橙可溶性固形物含量是可行的。     

Prediction of Fiber Composition and Silicification for Rice Straw with Near Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS) Technique

The silicification of rice straw is a factor that affects the grain production and straw nutritive quality. The procedure of chemical analysis for silicon in straw is, however, time and labor consuming, and slightly poor in accuracy. The study has attempted to apply near infrared reflectance spectroscopy (NIRS)technique as an advanced alternative to predict the fiber composition and silicification in rice straw. Ninetytwo samples from different seasons and varieties were collected over the Fujian Province. Their chemical analyses were carried on the aspects of hemicellulose, cellulose, lignin, extractable and non-extractable silicon,and the results were used as a database for NIRS analyses. The prediction model was developed through modified partial least square regression (MPLS) for a calibration program. The factors that may affect the calibration, cross-validation and the prediction for the application of NIRS on rice straw were also discussed.     

稻草硅化和溶解特性对稻草纤维降解率及其利用的影响

 对早、中、晚季７个水稻品种稻草的硅化特点、稻草硅的溶解特性与纤维各组成成分瘤胃降解率的关系以及尿素处理稻草的去硅化效果进行了研究。早、中、晚季稻草总硅含量相近，早稻稻草硅溶解率和纤维素含量分别显著高于中稻（１８．９％和９．１％）和晚稻（２６％和１１．２％），可溶性硅和纤维素的降解率也比中、晚稻稻草分别高７０．０％和１７．５％、４７．８％和２３．７％，稻草降解率和体外消化产生的挥发性脂肪酸比中、晚稻稻草分别提高１４．５％和１９．０％、１２．９％和１４．８％。稻草各形态部位的硅的溶解率、纤维素含量和体外消化产生的挥发性脂肪酸均为叶＜鞘＜茎。稻草的可溶性硅与纤维素含量呈显著协相关（ｒ＝０．８６），而可溶性硅和纤维素与稻草潜在降解率（ａ＋ｂ）的协相关分别为ｒ＝０．９０，ｒ＝０．８４。因此，稻草硅的溶解特性是影响稻草潜在降解率的主要因素，而不是稻草的总硅含量。用尿素处理稻草，能使稻草降解率、降解速率、潜在降解率分别提高１０．８％、２７．９％、１０．１％。     

化学处理和微生物混合培养对水稻秸秆腐解和组分变化的影响

 利用化学处理和微生物混合培养对水稻秸秆进行接力腐解处理。结果表明 ,化学处理后秸秆中二氧化硅的含量降低了 5 0 %左右 ,C/N从 5 3降到 2 1。经过接力处理的秸秆中半纤维素、纤维素和木质素的降解率均极显著高于其它处理 ,分别高达 12 .84 %、12 .12 %和 15 .96 %。微生物在经过化学处理后的秸秆中生长较在未处理秸秆中迅速。秸秆中碳氮含量的消长反映了微生物分解和利用秸秆的动态过程。化学处理和微生物接力处理有利于促进秸秆腐熟度的提高 ,并能保持微生物的持续生长 ,这为秸秆制成生物有机肥展示了应用前景     

氮素和生物调控下稻草还田对土壤肥力和产量的影响

采用稻草整株全量还田方式,设置了高氮和低氮2个水平,配合有无生物腐解剂处理,以当地农民习惯施肥为对照,对稻草还田前后的理化性质做了系统的分析,进而确定最佳的还田方式。结果表明,稻草还田提高了土壤的碱解氮、速效磷、速效钾和有效硅含量,降低了土壤容重,其中稻草还田2年高氮加生物腐解剂处理的各项指标最佳,碱解氮、速效磷、速效钾和有效硅含量分别比未还田前提高了14.3%、9.7%、8.5%、23.9%,土壤容重较农民习惯施肥处理降低了9.34%,水稻产量提高了10.6%。     

Effects of Rice Straw Silicification and Characters of Extraction Biogenic Silicon on the Degradation of Fibrous Components in Rice Straw

Straw of seven rice varieties with early-, middle- and late maturity was collected from Huazhong Agricultural University in Hubei. A study was carried ont for rice straw in the aspects of the characters of straw silicification and extraction biogenic silica (EBSi), the relationship between characters of EBSi and kinetic characteristics of degradation of fibrous components in fistulated cows, as well as the effect of urea treatment on rice straw desilicification. Although total silica content (ADISi) in rice straw was similar, the efficiency of extraction biogenic silica (EEBSi) and cellulose in early varieties were significantly higher than those in middle (18.9% and 9.1%) and late ones (26.1% and 11.2%). The degradability of EBSi and cellulose of early varieties were higher than those of middle by 70.0% and 17.5%, and of late varieties by 47.8% and 23.7%, respectively. The in sacco degradability and in vitro VFA production of early varieties were also higher than those of middle by 14.5% and 19.0%, and late by 12.9% and 14.8%.Comparing the morphological fractions of the rice straws, EEBSi, cellulose content, and in vitro VFA production were different with the order of blade ＜ sheath ＜ stem. A significant correlation was found between the contents of EBSi and cellulose (r = 0.86), and the two contents were remarkably correlated with the potential straw degradability (a + b) by r = 0.90 and 0.84 respectively. Therefore, EBSi in rice straw was a main factor affecting the potential degradability of rice straw, rather than the ADISi of straw. Urea treatment improved rice straw degradability, degradation rate and potential degradability by 10.8%, 27.9%,and 10.1% respectively, compared to untreated straws.     

基于近红外光谱法的水稻秸秆可溶性糖快速检测

采集并制备不同地域、不同品种的水稻秸秆样本288个,根据浓度梯度法,按照31的比例划分校正集与验证集。采用蒽酮硫酸比色法测定试验样本中可溶性糖含量,并采集在近红外全波段(10 000~4 000cm-1)范围内样本的近红外光谱信息。采用多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、导数、S-G平滑及其组合方法对光谱进行预处理,分别运用逐步多元线性回归(SMLR)、偏最小二乘回归(PLS)和主成分回归(PCR)化学计量学算法,建立基于近红外光谱的逐步多元线性回归(SMLR)、偏最小二乘回归(PLS)和主成分回归(PCR)定量分析模型。通过比较分析,对光谱进行一阶导数预处理,建立的PLS模型效果最优,校正集实测值与预测值之间的决定系数R2C达到0.880 6,交互验证决定系数(R2CV)和验证集决定系数(R2V)分别为0.771 1、0.857 8,均方根差RMSEC、RMSECV、RMSEP分别为0.318%、0.440%、0.404%,校正集相对分析误差(RPDC)和验证集相对分析误差(RPDV)均大于2.5。结果表明,采用近红外光谱法建立的PLS模型基本可以实现水稻秸秆中可溶性糖含量的快速检测。     

不同的秸秆还田对土壤理化性质及水稻产量的影响

研究了不同的作物秸秆还田对土壤理化性质及水稻产量的影响。结果表明,秸秆还田对土壤物理性质的影响明显,与单施化肥的对照相比,秸秆还田处理的土壤容重下降。添加了秸秆的处理都比单施化肥的对照稻谷产量高,最多增产500.00 kg/hm~2,增产率为7.62%;添加了秸秆腐熟菌剂的秸秆还田处理均比不添加秸秆腐熟菌剂的秸秆还田处理的稻谷产量高,最多增产438.34 kg/hm~2,增产率为6.62%。化肥+麦秸+腐熟菌剂与化肥+油菜秸+腐熟菌剂的稻谷产量最高。不同的秸秆还田处理都比单施化肥处理的有效穗多。秸秆还田能够改善土壤的物理性质,增加水稻的产量。     

减量施肥下紫云英与稻草协同利用对双季稻产量和经济效益的影响

开展连续5年大田定位试验,研究减量施肥下不同紫云英与稻草利用处理对洞庭湖地区紫潮泥双季稻的产量、产量构成因素及经济效益的影响。结果表明,与单施化肥(F100)相比,不同紫云英、稻草利用处理均能促进水稻增产、稳产,其中紫云英与稻草协同利用的增产效果优于紫云英或稻草单独利用,协同利用处理中又以晚稻高茬稻草还田冬种紫云英(F80+HR+A)处理的效果更好。F80+HR+A处理的早、晚稻,5年平均产量较F100分别增产20.2%、11.9%,稻谷纯收益增加13.7%,边际成本报酬率为3.4元/元。早稻株高、每穗实粒数、千粒质量和晚稻株高、有效穗数、每穗实粒数的增加是水稻增产的主要原因。综上所述,晚稻留高茬还田冬种紫云英,不仅可以提高水稻产量,还可以获得较佳经济收益,减少化肥用量。     

不同腐熟稻草基质的理化性质及淋溶液养分变化研究

为研究稻草秸秆资源化利用方法,提高稻草作草坪基质的价值,通过向秸秆中添加不同比例的动物粪便、尿素和秸秆腐熟剂,测定不同腐熟处理基质的理化性质及养分淋溶情况.结果表明:尿素腐熟稻草基质的运输成本最低,动物粪便腐熟基质的保水能力较强.各资源化处理稻草基质的pH值差异不显著,有机质含量为1.7～1.9g/kg,均高于对照.动物粪便腐熟稻草基质的各种养分含量均高于对照,尿素腐熟稻草基质的碱解氮、速效钾和全钾含量高于对照,添加秸秆腐熟剂的尿素腐熟稻草基质的全氮含量降低.资源化处理稻草基质淋溶液的pH值随草坪草生育期的推进逐渐下降,后期下降缓慢且高于对照.动物粪便腐熟的稻草基质比尿素腐熟的稻草基质抗淋溶,秸秆腐熟剂可提高猪粪腐熟的稻草基质的抗淋溶作用,但抑制尿素腐熟的稻草基质抗淋溶作用.     

叶面阻控剂与土壤调理剂对稻米降镉效果研究

以石灰、土壤调理剂、水溶硅肥为材料,在镉污染耕地上进行水稻种植试验。结果表明:通过提高土壤中p H值,可以有效地改变土壤中镉的存在形态,不易被植物吸收,施用石灰后稻米和稻草中重金属镉含量分别比对照降低了73.4%和66%;通过喷施叶面阻控剂,可以使镉停留在植物根、茎基部,阻止其向稻米中传送,喷施后稻米和稻草中重金属镉含量分别比对照降低了41.5%和25.3%;施用土壤调理剂后稻米和稻草中重金属镉含量分别比对照降低了71.3%和69.3%。